富水砂层河道内高架桥承台深基坑施工技术

富水砂层河道内高架桥承台深基坑施工技术

邢春华

通州建总集团有限公司 226300

摘要：针对江海大道东延工程富水砂层河道内高架桥承台深基坑施工的特点，通过对施工场地、设计、施工及检测技术进行深入的研究，并在工程应用、技术总结的基础上，编制本施工工法。
　　关键词：富水砂层；承台；深基坑；操作要点；注意事项

一、工程简介

江海大道东延（综艺集团东-扬子江路）工程项目西起综艺集团东，将机场互通连接线落地段桥梁顶升，向东全程连续高架，跨过珠江路后落地，采用主辅路顺接扬子江路，全线长约10.6km，其中高架桥长约10km。工程采用连续高架的快速化方案，高架主路按城市快速路设计，双向六车道，设计速度80km/h；地面辅路按城市主干路设计，双向六车道，设计速度60km/h。

二、施工工艺技术

一）施工场地准备

利用金西大桥老桥拆除前南北侧钢板桩围堰，在围堰抽水、老桥拆除完成后对河底淤泥进行石灰土换填处理，压实后场地标高为2.0m，将水中承台转换为陆上承台施工。

南北侧围堰均采用双排止水钢板桩，位于新建金西大桥范围以外。钢板桩规格为拉森Ⅳ型，桩长12m，两排间距1m，离两侧钢便桥净距离均为2m。金西大桥处河道常水位标高为2.0m，河床底标高为-1.9m，水深3.9m。钢板桩设计桩顶标高3.0m，桩底标高-9.0m，根据勘察报告显示淤泥层厚度为1.0～1.4m，钢板桩有效入土深度为5.7～6.1m。

二）承台基坑围堰设计方案

桥墩承台处场地标高为2.0m，防撞墩承台底标高为3.01m，防撞墩承台直接在场地上方进行施工。其余承台设计底标高为-4.641～-3.817m、顶标高为-2.141～-0.817m，埋深5.817～6.641m，方案布置为在承台基础边线外侧100～110cm处打入15m拉森IV型止水钢板桩，竖向设1道围檩和支撑，围檁和支撑均采用400×400H型钢设于钢板桩顶下1.80m，承台底设置15cm C15砼垫层。基坑开挖采用长臂挖机取土、开挖深度5.967～6.791m。因部分承台相距较近，对该部分承台基坑围堰进行组合施工。

三）深井井点降水设计方案

基坑围护采用拉森止水钢板桩，为防止开挖时基坑内出现管涌现象，本工程采用分层降水,即在在基坑外侧，将水位降至地下河道底标高以下2米，深基坑内降水位降至作业面以下0.5m以下，使基坑开挖、垫层混凝土浇筑时保持干槽施工，则采取20m深井井点降水。

四）承台基坑钢板桩围堰施工

1、围堰施工流程

工程放线定位→钢板桩定位→打设钢板桩→安装钢围檩→安装支撑装置→挖土→垫层施工→承台施工→完成后回填土→拆除支撑装置→拔除钢板桩。

2、测量定位

对墩位承台控制点标明并经过复核无误后加以有效保护，同时距离承台边线1～1.1米的位置放出钢板桩插打位置，并用槽钢定位。钢板桩采用在陆地上直接插打，插打前对钢板桩边线进行放样，在保证钢板桩垂直的前提下逐根打入钢板桩。

3、钢板桩施工

在钢板桩施工中，为保证沉桩轴线位置的正确和桩的竖直，控制桩的打入精度，防止板桩的屈曲变形和提高桩的贯入能力，一般都需要设置一定刚度的、坚固的导架，亦称“施工围檩”。

导架采用单层双面形式，通常由导梁和围檩桩等组成，围檩桩的间距一般为2.5～3.5m，双面围檩之间的间距不宜过大，一般略比板桩墙厚度大8～15mm。

4、倾斜桩的处理

钢板桩施工时因两侧锁扣下沉阻力不同，施工时会造成钢板桩向施工前方倾斜的趋势。插入钢板桩时应注意向后倾斜1-5%，同时用手工葫芦将钢板桩向后拉进。当钢板桩出现前倾现象时，应制作上小下大的纠偏桩进行插打纠偏后方可正常后续施工。

5、沉桩应注意以下几点：

（1）导桩、导架是沉桩的基础及前提，必须要有足够的强度和刚度，施工时必须确保质量。

（2）施工前必须对沉桩区域进行彻底清障，为沉桩创造条件。

（3）沉桩时如发现钢板桩发生较大的倾斜和扇形变形时应及时调整；否则问题会越来越严重。

（4）如发生沉桩困难，不可强行沉桩，应及时分析原因，并作出相应的处理后再沉桩。

（5）钢板桩下沉困难时，要及时对钢板桩浇水降温，以防发热过大，破坏锁口。

（6）沉桩时，在钢板桩入土的瞬间必须保证钢板桩垂直，否则沉下去后较难调直，只有拔出重打。

（7）沉闭合桩时，必须尽量调整两侧钢板桩的垂直度，保证其在同一轴线上，它们之间的尺寸应尽量接近钢板桩的宽度，以利于闭合桩的沉桩。

（8）钢板桩沉桩过程中，相邻沉好的钢板桩可能会发生溜桩，必须在相邻桩上焊接加长钢筋，以备溜桩，如发生立即停止沉桩。

五）、降水施工

根据本次实施承台埋置深度，选取埋深最大的1-4承台，进行基坑降水方案布置设计，承台底标高-4.641m。

1、降水要求

采用20m深井井点降水，根据设计图纸常水位标高为+2.0m，设计要求基坑降水至坑底50cm以下，即为-5.141m，降水深度为7.141m，保证基坑干槽施工。

2、深井井点方案设计

采用20m深井降水，沿钢板桩支护基坑周边布置，河道东西侧各布置8口降水井，共16口，井底标高-18.0m，其深井参数：每节井管长95cm，可滤透水部分长65cm，内径34cm，外径41cm。

3、深井井点施工程序

井位放样→做井口、按护筒→钻机就位、钻孔→回填井底砂垫层→吊放井管→回填管壁与孔壁间的过滤层→安装抽水控制电路→试抽→降水井正常工作。

六）、基坑开挖及围檁、支撑施工

1、基坑开挖

土方的开挖遵循“分层对称开挖、严禁超挖”的原则，分级开挖。开挖竖向从上至下分2层，第一层土开挖至支撑下方0.5m位置，采用普通挖掘机进行开挖，土方直接通过运土车外运。第一层土开挖到位后，进行围檩和支撑施工，待支撑施工完毕后，采用长臂挖机进行第二层土开挖。在开挖至坑底标高后，立即进行混凝土垫层浇筑。待垫层混凝土强度达到要求后，即可进行后续破桩头、桩基检测、绑扎钢筋、支模板等工作。

2、围檩及支撑施工

本工程围檩、支撑均采用400×400H型钢。

（1）准备工作

根据基坑尺寸，测量定出安装位置，测量出基坑围檩长度、每节支撑的实际长度，按照长度下料拼接型钢围檩和支撑。

（2）围檩、支撑安装

_{在暴露钢板桩上测量标出围檩底标高尺寸，焊上牛腿。将围檩吊放至牛腿上，成形焊妥。加装支撑，焊妥。基坑土方开挖过程中还须进行角撑的安装，以防土压力、水压力过大影响基坑内的施工安全。在钢围檩上面焊加拉结筋，用以固定钢围檩，防止钢围檩倾覆。牛腿采用钢板或32a槽钢加工，长50cm，高32cm，与拉森钢板桩接触面采取满焊连接，小牛腿间距不大于3m。}

内支撑的设置除了考虑受力外，还应考虑尽量不妨碍坑内施工。安装必须非常及时到位，随挖随撑。安装时确保支撑与工字钢围檩相交节点强度足够。在支撑与钢围檩相交处设有20mm厚钢垫板。

（3）围檩、支撑拆除

围檩、支撑应对称间隔拆除，避免瞬间预加应力释放过大而导致局部变形、开裂。拆除支撑及围檩应配合基坑回填阶段进行，防止钢板桩受力过大变形严重无法拔除。

3、支撑、围檩安装注意事项：

（1）在工程施工中，支撑位置钢围檩抗压强度不足，发生屈服的现象较常出现，因而，必须对支撑位置的钢围檩进行加劲处理。加劲板选用20mm钢板，高度与翼板平齐，加劲板与钢围檩的腹板、翼板均采用双面角焊缝焊接，加劲板的数量不得少于上下各三块。

（2）钢围檁采用拉结筋与围护结构进行连接加固，保证钢围檩稳定性、防止滑落。拉结筋连接点间距宜控制在2～3m，且每段钢围檩不小于两点，直径不小于Ф16。

（3）在钢围檩施工前，应根据基坑尺寸确定钢围檩的施工顺序和钢围檩的布置，避免钢围檩现场安装接头出现于两根支撑的跨中或安装支撑处。钢围檩安装接头处应在顶面、底面、侧面处用钢缀板连接，钢缀板与母村采用角焊缝连接，焊缝有效高度不小于10mm，钢缀板厚度不小于母材，且与有效连接长度不小于200mm。

（4）在安装钢支撑之前，应保证排桩与钢围檩接触点密贴。当支撑位置的钢围檩与围护存在间隙时，应先采用垫钢板等措施垫实，再安装钢支撑。

（5）基坑转角处，钢围檩应等高连接，两个方向的钢围檩应紧贴围护，钢围檩端头应采用电焊连接，可以采用加劲板有效焊接固定，加劲板数量不少于两块，加劲板采用20mm钢板。

七）、垫层混凝土施工

垫底混凝土采用C15标号。垫层混凝土应自流平，混凝土拌合物应和易性好、不泌水、不离析，流动性好、扩展性好。在浇筑过程中时刻关注支护情况，发现问题立即停止施工并撤离人员。

八）、钢板桩拔除

1、拔桩方法

本工程拔桩采用振动锤拔桩：利用振动锤产生的强迫振动，扰动土质，破坏板桩周围土的粘聚力以克服拔桩阻力，依靠附加起吊力的作用将桩拔除。

2、拔桩时应注意事项

拔桩起点和顺序：对封闭式板桩墙，拔桩起点应离开角桩5 根以上。可根据沉桩时的情况确定拔桩起点，必要时也可用跳拔的方法。拔桩的顺序最好与打桩时相反。

振打与振拔：拔桩时，可先用振动锤将板桩锁口振活以减小土的粘附，然后边振边拔。对较难拔除的板桩可先用柴油锤将桩振下100～300mm，再与振动锤交替振打、振拔。起重机应随振动锤的启动而逐渐加荷，起吊力一般略小于减振器弹簧的压缩极限。供振动锤使用的电源为振动锤本身额定功率的1.2～2.0 倍。对引拔阻力较大的板桩，采用间歇振动的方法，每次振动15min，振动锤连续不超过1.5h。

3、钢板桩土孔处理

对拔桩后留下的桩孔，必须及时回填处理。回填的方法采用填入法，填入法所用材料为砂。

九）、围堰施工应急措施

1、打拔钢板桩出现的问题及解决措施

（1）钢板桩合拢口尺寸出现下列情况时的处理

①当尺寸上大下小时，在合拢口两侧钢板桩上下设平行吊耳，位置根据尺寸大小的差值而定，利用倒链或转向滑轮进行对位，直至符合要求为止。其特点是：钢板桩对向平行受拉能保证桩的两侧锁口在同一平面内，通过对拉，使两侧钢板桩连接有利于稳定，便于插桩合拢。

②当尺寸下大上小时，钢板桩上设置吊耳，应尽量向桩的下部安置，必须时可安放在水下对位，直至合拢。

③钢板桩围堰的合拢，钢板桩围堰合龙段选在承台短边侧面，在合拢时，

两侧锁口不一定会平行。为此要在钢板桩顶端使用千斤顶或复滑车组调整两侧锁口的平行，而且在合龙段采取先插合拢、再逐根施打到位，使钢板桩围堰合拢。

④板桩沿轴线倾斜度较大时，采用异形桩来纠正，异形桩一般为上宽下窄，及宽度大于或小于标准宽度的板桩。异形桩可根据实际倾斜度进行焊接加工，倾斜度较小时也可用卷扬机或手拉葫芦和钢索将桩反向拉住再锤击。

（2）插打

①插打过程中若遇到石块导致拉森钢板桩无法无法打入或打入深度不够时，采用转角桩或弧形桩绕过障碍物。

②钢板桩受到石块或不明障碍物等不均匀侧向挤压作用力，容易发生偏斜。应采用以下措施进行纠偏：在发生偏斜位置将拉森钢板桩往上拔1.0～2.Om，然后再往下锤进，如此上下往复振拔数次，可使大的石块等不明障碍物被振碎或使其发生位移，让拉森钢板桩的位置得到纠正，减少钢板桩的倾斜。

③当基础较软，有时施工发生将邻桩带入现象，采用的措施是把相邻的多根桩焊接在一起，并且在施打的拉森钢板桩的连接锁口上涂以黄油等润滑剂来减少阻力。

④插打过程中，钢板桩下端有土挤压，钢板桩锁口和锁口之间缝隙较大，上端总会产生远离第一根钢板桩的方向倾斜。因此，每打四、五根钢板桩就要用垂球吊线，将钢板桩的倾斜度控制在1%以内，超过限定的倾斜应给予纠偏。当钢板桩偏移太多时，采用多次纠偏的方法逐步减少偏移量，若因土质太硬纠偏困难时，采用走四轮组纠偏。

（3）由于钢板桩在插打过程中受多方面的影响，整个支护的侧面直度较差，围檁安装后与钢板桩之间有较大的间隙。为防止变形，将钢围檩与钢板桩之间的间隙打入钢楔抵紧。

2、坑底隆起

根据地勘资料所作的验算，坑底不会产生隆起现象，若一旦发现坑底隆起异常迹象，应立即停止开挖，并应立即加设基坑外沉降监测点，迅速回填土，直至基坑外沉降趋势收敛方可停止回填。

3、基底流砂、管涌

（1）地勘资料所揭示的地质情况，本桥基坑不可能出现较为严重的流砂管涌现象。

（2）流砂、管涌是在上部板桩间的缝隙中出现的，则可在桩间嵌补防水细石混凝土。施工中应先在出现流砂管涌的部位插入引流管，再将两桩间接合面凿毛，然后在外面支模，浇注细石混凝土。

4、支护结构渗水

（1）对渗水量较小，不影响施工也不影响周边环境的情况下，可采用坑底排水沟的方法。

（2）量较大，但没有流砂带出，造成施工困难，而对周围影响不大的情况，可采用“引流--修补”的方法。

5、支护结构漏水

（1）施工时的预防渗漏措施。钢板桩渗漏一般出现在锁口位置，因此施工过程中重点加强对锁口的检查。施工前用同型号的短钢板桩做锁口渗漏试验，检查钢板桩锁口松紧程度，过松或过紧都可能导致钢板桩施工后渗漏；施打前在钢板桩锁口内抹黄油；施打时控制好垂直度，不得强行施打，损坏锁口。

（2）施工后的小渗漏处理。开挖后发现钢板桩锁口漏水，但不太严重时，采用锯末混合粘性土或者塑料薄膜在钢板桩外侧通过塑料管灌入至漏水位置，在渗水压力下可以封堵小渗漏。

（3）施工后的大渗漏处理。采取潜水员下水，通过板条，麻绳，布条塞住板缝等堵漏，在特殊情况下，采取水下焊接措施。

6、支护结构变形

支护结构变形包括钢板桩变形、围檩弯曲及扭转、内撑弯曲等情况，对于可能出现的情况其处理措施如下：

钢板桩变形：可能由于基坑侧荷载集中或超限、内支撑未顶紧钢板桩等原因引起，应采取的措施包括撤除基坑边堆放的材料、设备，挖除基坑外的顶部0.5～1m的土方来减荷，在围檩与板桩的间隙打入钢楔。

围檩变形：可能由于基坑侧荷载集中或超限、内撑未顶紧围檩、坑壁土压力增大、牛腿脱落等原因引起。对于坑壁荷载引起的变形，采用卸载的办法处理，对于内撑失稳原因引起的变形，则应增加内撑或撤换内撑，撤换内撑应先换后撤。

内撑弯曲：可能由于坑壁土压力增大、内撑安装不稳固、焊接质量问题等引起。此时应先对坑壁卸载，再撤换内撑。

7、支护结构倾覆

支护结构倾覆是在支护变形失稳后产生的，其可能产生的危害包括：下部结构损坏、施工人员群死群伤等。其后果较严重，若发生此类事故，应采取的措施包括：

（1）迅速调用应急设备，如挖掘机、起重机等，对未完全倾覆的板桩施加外力，如拉住板桩顶部、扶正倾斜的内撑等。延缓其倾覆的速度，为施工人员撤离现场、保护完工产品等争取时间。

（2）倾斜不太严重的板桩在人员撤离后用拉锚、加钢支撑的办法阻止其过大变形，在变形稳定后恢复其形状。

（3）倾覆严重的基坑在人员撤离后迅速放水回填不致产生进一步的危害，再通知相关部门共同研究下一步的解决方案。

参考文献：

1. 张云，殷宗泽.软土隧道土压力问题的研究与综述[J].水利水电科技进展，1999，19（5）：23-26.

[2]《浅埋暗挖法修建地下工程几个问题的讨论》 铁道部隧道工程局科技大会论文集，1999